Pikap24.ru

Автомобильный журнал
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Шаговый двигатель сканера схема

Динамо фонарик из шагового двигателя своими руками

Сейчас много цифровой техники выходит из строя, компьютеры, принтеры, сканеры. Время такое — старое заменяется новым. Но вышедшая из строя техника ещё может послужить, хоть и не вся, но отдельные её части уж точно.

Вот, к примеру, в принтерах и сканерах используются шаговые двигатели различных размеров и мощностей. Дело в том, что они могут работать не только как двигатели, но и как генераторы тока. Фактически это четырехфазный генератор тока уже и есть. И если приложить к двигателю даже небольшой крутящий момент — на выходе появиться значительно большое напряжение, которого вполне хватит, чтобы зарядить маломощные аккумуляторы.

Я предлагаю сделать механический динамо фонарик из шагового двигателя принтера или сканера.

  1. Изготовление фонарика
  2. Электроника фонарика
  3. Схема
  4. Сборка динамо фонаря
  5. Смотрите видео

Шаговый двигатель – принцип работы

Шаговый двигатель – это мотор, перемещающий свой вал в зависимости от заданных в программе микроконтроллера шагов и направления. Подобные устройства чаще всего используются в робототехнике, принтерах, манипуляторах, различных станках и прочих электронных приборах. Большим преимуществом шаговых двигателей над двигателями постоянного вращения является обеспечение точного углового позиционирования ротора. Также в шаговых двигателях имеется возможность быстрого старта, остановки, реверса.

Шаговый двигатель обеспечивает вращения ротора на заданный угол при соответствующем управляющем сигнале. Благодаря этому можно контролировать положение узлов механизмов и выходить в заданную позицию. Работа двигателя осуществляется следующим образом – в центральном вале имеется ряд магнитов и несколько катушек. При подаче питания создается магнитное поле, которое воздействует на магниты и заставляет вал вращаться. Такие параметры как угол поворота (шаги), направление движения задаются в программе для микроконтроллера.

Упрощенные анимированные схемы работы шагового двигателя

Основные виды шаговых моторов:

  • Двигатели с переменными магнитами (применяются довольно редко);
  • Двигатели с постоянными магнитами;
  • Гибридные двигатели (более сложные в изготовлении, стоят дороже, но являются самым распространенным видом шаговых двигателей).

Как работает гибридный двигатель

Работу гибридного шагового двигателя легко понять, глядя на очень простую модель, которая производит 12 шагов за один оборот.

Ротор этой машины состоит из двух частей, каждая из которых имеет три зуба. Между двумя частями находится постоянный магнит, намагниченный в направлении оси ротора, создавая, таким образом, южный полюс на одной части детали, и северного полюса на другой. Статор состоит из трубки, имеющей четыре зуба внутри нее. Обмотки статора намотаны вокруг каждого такого зуба.

Когда ток протекает через одну из обмоток, ротор занимает одно из положений, показанных на рисунках. Это связано с тем что, постоянный магнит ротора пытается минимизировать магнитное сопротивление обмотки. Крутящий момент, что стремится держать ротор в этих положениях, как правило, небольшой и называется «релаксация крутящего момента». Ниже изображена схема работы двигателя с 12 шагами.

Если ток течет по двум обмоткам статора, результирующие полюса будут притягивать зубы обратной полярности на каждом конце ротора. Есть три устойчивых позиций для ротора, столько же, сколько количество зубьев на роторе. Момент, необходимый для перемещения ротора от его стабильного положения во вращательное движение называется «удержание крутящего момента»

Изменяя ток первой до второй обмотки (В), магнитное поле статора поворачивается на 90 градусов и притягивает новую пару полюсов ротора. В результате этого ротор поворачивается на 30 градусов, что соответствует полному шагу. Возвращение к первому набору обмоток статора, но с питанием обратной полярности, изменяет магнитное поле статора еще на 90 градусов, и ротор поворачивается на 30 градусов (С).

Наконец, второй набор обмоток работает в противоположном направлении, обеспечивая третье положение ротора (еще 30 градусов). Теперь мы можем вернуться снова к первому этапу (А), и после прохождения заново всех этих четырех этапов, ротор будет перемещен еще на один зуб.

Очевидно, что если полярность питания обмоток будет противоположной описанной, то вращение двигателя так же сменится на противоположное.

Как изготовить ЧПУ станок из принтера своими руками: пошаговая инструкция

Сборка станка с ЧПУ из принтера осуществляется в таком порядке:

  1. Изготовление элементов корпуса из фанеры. Выпиливаются 2 боковые стенки размером 37 × 37 см, задняя стенка размером 34 × 37 см и передняя стенка размером 9 × 34 см.
  2. Соединение стенок корпуса с помощью саморезов. Предварительно для них рекомендуется просверлить отверстия, чтобы не повредить заготовки.
  3. Установка направляющих оси Y. Они изготавливаются из уголка. Для их монтажа на боковых стенках на расстоянии 30 мм от нижнего среза делается шпунт глубиной 2 мм. Он необходим для ровного крепления уголков. Длина направляющих составляет 34 см. Их крепление обеспечивается саморезами.
  4. Изготовление рабочей поверхности. Используются уголки длиной 14 см. На рабочей поверхности закрепляются подшипники 608: 2 штуки снизу и 1 шт. сверху. Плавное перемещение площадки обеспечивается идеальной соосностью подшипников.
  5. Выход для шагового двигателя оси Y делается в форме отверстия диаметром 22 мм на расстоянии 50 мм от низа. В передней стенке сверлится отверстие диаметром 7 мм для линейного подшипника опоры винта хода.
  6. Изготовление винта хода из строительной шпильки. Он соединяется с валом двигателя через муфту.
  7. На гайке М8 увеличенной длины сверлится отверстие диаметром 2,5 мм и нарезается резьба. Это отверстие необходимо для установки гайки на ось станка.
  8. Изготовление направляющих оси Х из стальных направляющих принтера. На ось устанавливаются каретки, извлеченные оттуда же.
  9. Изготовление оси Z. Основание для нее выполняется из фанеры толщиной 6 мм. Направляющие оси извлекаются из принтера (размер 8 мм). Фанерные детали скрепляются клеем ПВА, и на них с помощью эпоксидного клея закрепляются линейные подшипники. Можно использовать втулки каретки принтера. Изготавливается ходовая гайка аналогично вышерассмотренному варианту.
  10. Изготовления шпинделя. В обычном понимании, такого элемента нет. Вместо него монтируется дремель с держателем, выполненным из кронштейна для доски. Для выхода дремеля сверлится отверстие диаметром 19 мм. Крепится кронштейн на основании Z оси с помощью саморезов.
  11. Установка опор Z оси. Они изготавливаются из фанерных элементов: основание размером 15 × 9 см, 2 стороны размером 9 × 5 см. На верхней стороне в центе сверлится отверстие для подшипника опоры. Делаются отверстия для направляющих.
Читать еще:  Шумовые характеристики двигателей аир

На фото показано расположение направляющих станка и внешний вид каретки оси Z. Завершает сборку монтаж электронной начинки. Если сборщик владеет нужными навыками, то ему не составит труда собрать плату ЧПУ из микросхем принтера. В противном случае рекомендуется приобрести уже готовую плату.

Изготовление муфт

Важным элементом станка является муфта, с помощью которой вращение шагового двигателя передается рабочему органу (винт хода). Она способна снижать вибрацию при работе, что защищает двигатель, продлевая его срок службы. Самодельную муфту можно изготовить из резинового шланга достаточной прочности.

Внутренний диаметр шланга должен соответствовать диаметру выходного вала электродвигателя. Шланг с одного конца одевается на вал и закрепляется с помощью клея или хомутов. Другой конец закрепляется на ходовом винте. Если винт имеет диаметр, превышающий диаметр шланга, то конец придется расточить до нужного размера. Лучше всего для муфты подходит шланг высокого давления. Для него следует заранее приготовить фланцы, заказав их у токаря.

Электроприводы шаговых двигателей для транспортных систем

Основные требования, предъявляемые к электродвигателям, используемым в транспортерах:

  • Низкий уровень вибрации
  • Точность/повторяемость останова
  • Способность работать в запыленных, влажных и т. п. средах
  • Параметры разгона/торможения

В качестве приводов транспортных систем традиционно используются шаговые двигатели и двигатели переменного тока (сервоприводы).

Применения сканера

Приложения варьируются в зависимости от типа используемого сканера. Планшетные сканеры в основном применяются для сканирования документов. Но, для больших форматов документов будет использоваться механический сканер .

Существуют ручные сканеры, которые используются для сканирования объекта в зависимости от движения нашей руки [сканер не двигаться сам по себе]. Этот сканер помогает в 3-D сканирование материалов и применяется в промышленных образцах, испытаниях и измерениях устройств, игровых приложениях и так далее. 3-D сканирование также может быть сделано с помощью планетарных сканеров. Существуют также процессы, которые протекают в производстве сочетание 3-D сканеры с цифровыми камерами, так что реалистичные фотографии с истинным цветом может быть получено в 3-D режиме.

Новый концепт, под названием репрографические камеры, проложил свой путь для сканеров в виде цифровых камер. Этот тип сканера имеет много преимуществ, как легкая оцифровки широкоформатных документов, высокая скорость обработки и транспортировки и так далее. Они также производят изображения с высоким разрешением с функцией защиты от сотрясений. Исследования еще продолжаются, чтобы устранить основные недостатки, такие как тени и отражения помех, искажение изображения и низкую контрастностью.

Читать еще:  Энергетические характеристики асинхронных двигателей

Сканеры также нашли применение в области био-медицинских исследований. Сканеры высокого разрешения с разрешением около 1 мкм/пиксель используются для обнаружения ДНК. Здесь также используются для обнаружения приборы с зарядовой связью (CCD).

Электроника для 3D сканера

Начну с извинений. Как обидно получилось! Хотел собрать пятый сканер исправив все косяки, добротно все сделать, а тут проекты, ЕГЭ, олимпиады… В общем закрутилось все, так что извините все, кто ждал статей на эту тему. Для тех, кто не в теме, вот нулевая статья. А те, кто в теме и все еще интересуется, добро пожаловать под кат первой части. И будет она, как вы уже поняли, про электронику…

В процессе отлынивания от работы над сканером мне написало более 10 человек о том, что им нужно помочь с 3D сканером, причем большая часть вопросов касалась электроники. Про нее и пойдет речь в этой статье.

Общая идея

Что мы вообще должны сделать? Во-первых нам нужно управлять шаговым двигателем, во-вторых мы должны как минимум включать-выключать лазер, в-третьих мы должны как-то обмениваться данными с компьютером. Вот основные три задачи, которые должна выполнять наша плата. Ничего сложного. То есть мы можем применить практически любой микроконтроллер. Я большей частью программирую под STM32, так что его-то я и взял. Хотя общие принципы работы будут естественного одинаковыми для любого контроллера.

Третья версия

В третьей версии сканера я взял микроконтроллер STM32F030F4. Его отличает более паябельный корпус TSSOP20 (на тот момент платы под LQFP у меня упорно не получались даже фоторезистом). Из интересующих нас вещей — таймер с генерацией ШИМ и аппаратный USART. Думаю проблемы типа «Под мотор ног не хватило» никому не грозят. Вот такая у меня получилась разводка:

А вот такая будет схема:

Сразу скажу, что в схеме неправильно проведены проводники к микроконтроллеру, но разводка правильная. Нумерация компонентов на схеме и на плате совпадают, так что номиналы компонентов смотреть в схеме. Не подписан только кварц тактирования. Он располагается в левом верхнем углу платы. Кстати конденсаторы к нему не обязательно 10 пФ. Их номинал должен быть в пределах от 5 до 20 пФ.
Можно заметить, что на разводке нет отверстий под штырьки PLS. Я просто запаиваю их боком. Это видно на самой первой фотографии в начале статьи. Также на разводке видно, что красным я объединил эти штырьки в группы (G1, G2 и т.д.).
G1 — это разъем для общения с компьютером. Слева направо: GND, SWDIO, SWCLK, RX, TX, +5V.
G2 — питание для лазера. Плюс снизу.
G3 — подключение лазера. Плюс слева (ваш кэп).
G4 — подключение мотора.
Как можно догадаться из схемы — драйвим мы именно униполярный шаговый мотор. Для этого используются полевые транзисторы. Мне приглянулась идея поставить SMD сборки. Я применил вот эти сборки. Вы можете взять любые другие. Главное условие — это совместимость корпусов (не то, что ножек и у тех, и у тех 8, а то, что совпадает распиновка). Ну и еще то, что транзисторы должны быть N-канальными.
Для лазера сделан отдельный стабилизатор напряжения (левый нижний угол схемы). Это позволяет регулировать мощность лазера, регулируя выходное напряжение стабилизатора. Для этого необходимо изменять сопротивление резистора R5. Поэтому в качестве R5 лучше всего установить потенциометр. Внимательный читатель спросит: «А почему 9V?». Вообще потому, что лазер нужно запитать отдельно от мотора. Мотор — индуктивная нагрузка, а значит он создает скачки напряжения, которые могут убить лазерный диод. Запитать от 5V не получится из-за того, что падение напряжения на стабилизаторе достаточно велико и нам может банально не хватить напряжения для его нормальной работы. Поэтому поставил поставил блок питания на 9V, ибо он у меня уже был и прекрасно подходил по вольтажу. Стабилизатор установлен на радиатор, но не запаян на плату. Вместо этого он подключается к разъему G2.
ВНИМАНИЕ! Эта схема не является драйвером лазерного диода! Она подключается к нему и регулирует напряжение питания. То есть если вы собрали лазер сами, то хотя бы токоограничивающий резистор и конденсатор вам поставить придется.

Читать еще:  Шаговый двигатель какие обороты

В общем по схемотехнике все. Плата легко изготавливается ЛУТом. Вот ссылка на разводку в SprintLayout.

Четвертый сканер

Тут ни фоток, ни схемы: все было собрано на макетной плате (breadbord). Микроконтроллер взял STM32F401RE. Нет, мощность такая конечно не нужна. Просто он установлен в STM32F401-Nucleo. Эта плата понравилась мне тем, что на ней есть не только штырьки, но и гнезда (как в Arduino), а еще тем, что на ней установлен ST-Link V2.1. Что же в нем хорошего? А то, что на нем помимо программатора присутствует еще и USB->UART адаптер. Это значит, что будет меньше проводов и меньше плат. Из минусов можно отметить то, что он определяется в системе как флешка, так что постоянно выскакивает «Проводник» в Windows. Но это так. Мелочи. Лучше он, чем провода. Схема в принципе остается той-же. Три микросхемы можно заменить одной ULNкой (ULN200x; x=1,2,3,4). Правда транзисторы там расчитаны на меньший ток и вообще биполярные, зато корпус один.
А вот про управление лазером нужно сказать отдельно. В четвертой версии я решил сделать мощность регулируемой программно. В смысле мы можем настроить мощность по UARTу. Для управления мощностью лазера загоним ШИМ на TDA2030. Схема этого блока будет такая:

Говоря нечеловеческим языком это неинвертирующий повторитель сигнала на операционном усилителе. Он нужен для усиления тока. Питание ему можно дать любое от 5 до 18V — повторитель повторяет не только форму, но и амплитуду сигнала (усиливается только ток), так что беспокоиться не о чем. Разве что о том, что на выходе STM32 максимальное напряжение будет 3,3V. А значит мы не сможем выжать полную мощность из лазеров, питаемых Li-ion аккумуляторами — их максимальное напряжение 4,2V. Зато точно не спалим по программной ошибке. Фильтр на выходе такого усилителя лучше конечно поставить, но зачастую в лазерах и так имеется фильтрующий конденсатор, так что выбор за вами.
ВНИМАНИЕ! Если вы вдруг решили сделать полноценный усилитель, а не повторитель, то помните, что управляем мы при помощи ШИМа, а значит напряжение будет скакать от минимального значения до максимального. Лазерному диоду нужно совсем немного времени чтобы сгореть, так что если напряжение превысит максимальные 4,2V (даже кратковременно), то диод сгорит!

А как сделать лучше?

Существует много плат для управления моторами в RepRap 3D принтерах. Например такая. Подобные платы легко ищутся по названию чипа. Так чем же она хороша? Во-первых она может управлять биполярными двигателями, а любой униполярник превращается в биполярник банальным отключением средних отводов обмоток (вернее их неподключением). Во-вторых она легко управляется: один пин задает направление, а на второй мы подаем импульсы. Каждый импульс — шаг. И последняя фича — это деление шагов (микрошаг). То есть микросхема может сделать не полный шаг, а например 1/2. Не 5 градусов, как сделал бы шаговик предыдущих сканеров, а 2,5. И это не предел! Она поддерживает деление на 16. Но на самом деле оно не нужно.
Так что настоятельно рекомендую к применению. Экономит время, ноги (микроконтроллера конечно же), но не деньги. Но она того стоит.
Плату управления я бы лучше спаял на все том же STM32F030, ибо он дешевый и мелкий. Хотя последнее в такой огромной коробке роли не играет, но может стать скорее минусом для некоторых людей.
В управлении лазером менять особо нечего. Все и так хорошо работало на четвертом сканере, и что либо менять не имеет смысла. Разве что DAC прикрутить, но это скорее лишняя головня боль.

И что теперь?

А теперь печатать, травить, паять и кодить, кодить, кодить! Но про кодить в следующей статье. И на этот раз мне забить уже не дадут. Надеюсь на большую часть вопросов по электронике я ответил. Вроде тут ничего особо сложного и пугающего нет. Постараюсь как можно скорее написать про код (выкинув все неприличные комментарии и удалив неработающие и ненужные куски).
Удачи всем с проектами/дипломами/посиделками в гараже, где пригодилась данная статья!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector